Хімія. 9 клас. Гранкіна

§ 15. ОКИСНО-ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ. ПРОЦЕСИ ОКИСНЕННЯ, ВІДНОВЛЕННЯ; ОКИСНИКИ, ВІДНОВНИКИ

— Я знайшов от таке рівняння реакції:

Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Скажи, до якого типу реакцій воно належить?

— Це рівняння реакції не можна класифікувати так, як ми вивчали. Це окисно-відновна реакція. От зараз ми й будемо їх вивчати.

ЗНАЙОМИМОСЯ З ОКИСНО-ВІДНОВНИМИ РЕАКЦІЯМИ

Окисно-відновні реакції — це такі реакції, під час яких змінюються ступені окиснення елементів.

Це означає, що під час перебігу цих реакцій відбувається не тільки обмін атомами, йонами або групами атомів, а й обмін електронами, який і веде до зміни ступеня окиснення елементів.

Окисно-відновні реакції найпоширеніші в природі. З їх допомогою на виробництві одержують багато хімічних речовин (амоніак, луги, кислоти). До окисно-відновних реакцій належать процеси горіння, дихання, фотосинтезу й багато інших. Характерна риса цих процесів — зміна ступеня окиснення елементів у речовинах, які беруть участь у реакції.

Розглянемо приклад іншої реакції:

Це окисно-відновна реакція, під час її перебігу ступінь окиснення Гідрогену й Брому змінився.

У Гідрогену ступінь окиснення дорівнював нулю, а став +1, у Брому також ступінь окиснення дорівнював нулю, а став -1.

• Зміна ступеня окиснення атомів або йонів — головна ознака окисно-відновних реакцій.

Завдання. Давайте згадаємо, як визначати ступені окиснення. Визначте ступені окиснення всіх елементів у речовинах: BaSO₄, FeCl₃, H₂, Ca(NO₃)₂, Fe₂(SO₄)₃.

ПРОЦЕСИ ОКИСНЕННЯ Й ВІДНОВЛЕННЯ. ОКИСНИКИ Й ВІДНОВНИКИ

В окисно-відновних реакціях ступені окиснення елементів змінюються, тому що у процесі взаємодії речовин одні атоми або йони віддають електрони, а інші їх приймають.

Ці частинки мають свої назви.

Атом або йон, який віддає електрони, називають відновником. Атом або йон, який приймає електрони, називають окисником.

Як змінюється заряд під час приймання або віддачі електронів? Треба пам'ятати, що електрони негативно заряджені. Тому:

• Якщо частинка віддає електрони, то її заряд підвищується, якщо приймає — заряд знижується.

— Як же запам'ятати, що окисник, а що відновник?

— Можна так: «відновник — віддає», обидва слова на літеру «в».

— А я так придумав: відновлює мої кишенькові гроші мама, вона мені їх віддає, значить, вона — відновник!

— Ну, тоді ти — окисник: ти ж забираєш гроші — електрони.

Процеси віддачі або приймання електронів теж мають свої назви.

Окиснення — це процес віддачі електронів атомом, молекулою, йоном. При цьому ступінь окиснення елемента підвищується.

Відновлення — це процес приймання електронів атомом, молекулою, йоном. При цьому ступінь окиснення елемента знижується.

Коли ми говоримо «ступінь окиснення елемента підвищується або знижується», то маємо на увазі його алгебраїчне значення, тобто враховуємо знак, який стоїть перед числом.

• Запам'ятайте, що, якщо частинка окиснюється, вона — відновник, якщо відновлюється — окисник.

Наприклад:

Na⁰ - 1e → Na⁺

Na⁰ — відновник, процес — окиснення;

Cl⁰₂ + 2e → 2Cl^-

Cl⁰₂ — окисник, процес — відновлення.

— Я зрозумів: треба запам'ятати що-небудь одне, а інше — просто навпаки.

Приклад. Допишіть число відданих або прийнятих електронів у процесах, укажіть окисник, відновник, процеси окиснення й відновлення.

1) Mn⁺⁷ ... → Mn⁺²

2) N^-3 ... → N⁺⁵

3) Cu⁺² ... → Cu⁰

Розв'язання

У схемі Mn⁺⁷ ... → Mn⁺² ступінь окиснення Мангану знижується, отже, відбувається приймання електронів. Скільки e слід додати? Подумайте так: скільки «мінусів» треба додати до +7, щоби вийшло +2? Очевидно, 5: (+7) + (-5) = (+2).

Тоді запис буде таким: Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺². Mn⁺⁷ — окисник («забирає» e), процес — відновлення (процес приймання електронів).

• У схемі N^-3 ... → N⁺⁵ ступінь окиснення Нітрогену підвищується, отже, відбувається віддача е. Треба забрати 3 «мінуси» до нуля й ще 5 після нуля. Усього 8 «мінусів», тобто 8е: (-3) - (-8) = (+5). Підсумковий запис буде таким: N^-3 - 8e → N⁺⁵, де N^-3 — відновник («віддає» e), процес — окиснення (процес «віддачі» електронів).

• У схемі Cu⁺² ... → Cu⁰ ступінь окиснення Купруму знижується, отже, відбувається приймання електронів. Скільки e слід додати? Думаємо: скільки «мінусів» треба додати до +2, щоби вийшло 0? Очевидно, (+2) + (-2) = 0. Тоді запис буде таким: Cu⁺² + 2e → Cu⁰.

Cu⁺² — окисник («забирає» e), процес — відновлення (процес приймання електронів).

Також можна скористатися числовою віссю:

Навчимося нею користуватися на прикладі N^-3 ... → N⁺⁵.

Ставимо крапку на -3 і на +5, тобто рухаємося по числовій осі вправо. На стрілці, що вказує направо, написано -е, виходить, електрони потрібно віднімати. Скільки? Рахуємо по осі: 8е.

Правильний запис: N^-3 - 8е → N⁺⁵

Завдання. Визначте число відданих або прийнятих електронів у таких схемах, укажіть окисник або відновник, назву процесу:

O₂ ... → 2O^-2

H^- ... → H⁺

Se^-2 ... → Se⁺⁶

Відповідь дивіться наприкінці параграфа.

ВИЗНАЧАЄМО ОКИСНИКИ Й ВІДНОВНИКИ

Як же зрозуміти, які елементи матимуть відновні властивості, а які — окисні? Метали проявляють тільки відновні властивості. Неметали частіше є окисниками, але можуть бути й відновниками в реакціях з іншими неметалами. Звернемося до періодичної системи. Згадаємо, як змінюються властивості елементів у періодах і групах.

Зі збільшенням порядкового номера в періоді посилюються неметалічні властивості елементів, отже, окисні властивості простих речовин посилюються, а відновні — послаблюються. Наприклад, натрій має відновні властивості, а хлору більш притаманні окисні.

Зі збільшенням порядкового номера (згори вниз) у головних групах підсилюються металічні й, відповідно, відновні властивості елементів, а окисні послаблюються. Наприклад, Телур значно слабший окисник, ніж Оксиген.

Ці зміни відповідають змінам значень електронегативності.

Найсильніший окисник — Флуор, у нього найбільше значення електронегативності. За ним — Оксиген. Найбільш активні відновники — елементи І і ІІ груп головних підгруп. У них найменші значення електронегативностей.

Рис. 34. Зміна електронегативності та властивостей залежно від місця елемента в Періодичній системі

Буде елемент окисником або відновником, залежить від його ступеня окиснення й іншого реагенту в кожному конкретному випадку. Наприклад, S^-2 не може приймати електрони, зовнішній рівень заповнений повністю, тому в цьому випадку S^-2 може бути тільки відновником; S⁰ може приймати й віддавати електрони, тому залежно від реагентів може бути й окисником, і відновником. Таке саме міркування має відношення й до S⁺⁴, а от S⁺⁶ може бути тільки окисником, тому що на зовнішньому рівні електронів уже немає, віддавати нема чого й можливе тільки приймання електронів.

Треба зазначити, що, якщо в молекулі або формульній одиниці речовини є атоми, які віддають електрони внаслідок хімічної взаємодії, тобто відновники, то й усю речовину часто називають відновником. Якщо в складі речовини є атоми, які приймають електрони, тобто окисники, то й усю речовину називають окисником. Це не зовсім точно, але така вже у хіміків існує традиція. Наприклад, у калій перманганаті Mn⁺⁷ — окисник, тому KMnO₄ вважають речовиною-окисником.

Підсумок:

ВІДПОВІДЬ НА ЗАВДАННЯ ПАРАГРАФА

O₂ + 4e → 2O^-2

O₂ — окисник, процес — відновлення

H^- - 2e → Н⁺

H- — відновник, процес — окиснення

Se^-2 - 8e → Se⁺⁶

Se^-2 — відновник, процес — окиснення

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

• 203. Які реакції називають окисно-відновними?
• 204. В якому випадку елемент є окисником, а в якому — відновником?
• 205. Які процеси називають окисненням, а які — відновленням?
• 206. Укажіть, які окисно-відновні властивості будуть мати частинки: Cl^-, Cl⁰₂, Cl⁺³, Cl⁺⁷.

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

207. Визначте ступінь окиснення:

• а) Хлору в сполуках: KCl, Cl₂, KClO₃, KClO₄;
• б) Сульфуру в сполуках: S, H₂S, H₂SO₃, FeS, SO₃, H₂SO₄, SO₂, Na₂SO₃;
• в) Оксигену в сполуках: OF₂, O₂, H₂O, O₃, CO₂, H₂O₂;
• г) Мангану в сполуках: KMnO₄, MnO₂, Mn₂O₇, Mn, K₂MnO₄, MnO.

Запишіть таблицю в зошит.

Речовини, які можуть бути тільки відновниками	Речовини, які можуть бути тільки окисниками	Речовини, які можуть бути й окисниками, й відновниками

Розподіліть формули речовин із завдання по стовпчиках таблиці.

208. Розташуйте елементи за порядком посилення окисних властивостей:

• а) N, As, Sb, P;
• б) B, F, O, N.

209. Визначте рядок сполук, які можуть бути тільки окисниками:

• а) H₂S, SO₂, H₂SO₃;
• б) K, SO₃, O₂;
• в) HNO₃, F₂, HMnO₄;
• г) H₂SO₄, S, NH₃.

210. Визначте рядок сполук, які можуть бути тільки відновниками:

• а) H₂S, SO₃, HNO₃;
• б) K, H₂S, HI;
• в) HNO₂, Fe, HMnO₄;
• г) H₂SO₄, S, NH₃.

211. Допишіть число електронів, яке було прийняте або віддане частинками у схемах:

• а) H⁰₂ ... → 2H⁺
• в) Fe⁺³ ... → Fe⁺²
• б) H⁰₂ ... → 2H^-
• г) S^-2 ... → S⁺⁶

Укажіть окисні й відновні процеси.

212. Наведіть приклади реакцій сполучення, які:

• а) є окисно-відновними;
• б) не є окисно-відновними.

213. Наведіть приклади реакцій розкладу, які:

• а) є окисно-відновними;
• б) не є окисно-відновними.

214. Чи є реакції заміщення окисно-відновними? Чому? Підтвердьте свою відповідь рівняннями реакцій.

Для допитливих

215. Друзі довго сиділи навколо багаття, що догоряє. По жовто-жовтогарячих вугіллячках пробігали язички блакитного полум'я. Це згоряв чадний газ. Чому він утворювався? Чому чадний газ горить, а вуглекислий — ні?

216. Відомо, що на дні Чорного моря у воді на великій глибині розчинено велику кількість гідроген сульфіду. Це дуже отруйний газ. Однак там мешкають хемосинтезуючі бактерії. Енергію, необхідну для життєвих процесів, вони беруть із окисно-відновної реакції, під час якої з гідроген сульфіду утворюється сірка. Напишіть схему цього процесу, укажіть число електронів, що беруть участь у ньому.